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地球的固体铁内核比另一边增长得更快

一项新的研究表明,地球的固体铁内核在超过 5 亿年的时间里一直比另一边增长得更快。

一直在调查这一现象的加州大学伯克利分校的地​​震学家表示,印度尼西亚班达海海底的生长速度比巴西快,但这种不均匀的增长模式并没有使核心不平衡。

重力均匀分布了新的生长,由铁水开始冷却时形成的铁晶体组成,保持球形内核。

该团队表示,虽然它不会使核心不平衡,但不均匀的增长率表明,印度尼西亚外核中的某些东西正在以比地球另一端巴西更快的速度从内核中去除热量. .

研究人员表示,这一发现帮助他们为内核的年龄“建立了一个相当松散的界限”,介于 50 亿到 15 亿年之间。

从底土上切下的图显示,通过冻结液态铁(橙色)的外核,固态的内核(红色)缓慢生长。 地震波穿过地球内核南北两极(蓝色箭头)的速度比穿过赤道(绿色箭头)的速度要快

地球的四层

:深达 70 公里,这是地球的最外层,覆盖海洋和陆地区域。

披风:下地幔深达 2,890 公里,这是地球上最厚的层,由比上地壳富含铁和镁的硅酸盐岩石组成。

外核: 该区域的深度从 2890 公里延伸到 5150 公里,由液态铁和镍组成,元素较轻。

内核:当下降到地球中心 6,370 公里的深度时,该区域被认为是由铁和镍钢制成。

这些对地球硬核年龄的限制可以帮助科学家更多地了解磁场,磁场可以保护我们免受有害的太阳辐射。

研究合著者芭芭拉·罗曼诺维奇 (Barbara Romanovich) 说:“这有助于关于在固体内核出现之前磁场是如何产生的争论。”

“我们知道磁场已经存在于大约 30 亿年前,所以当时一定是其他过程驱动了外核中的对流。”

在地球历史的早期,内核的年轻年龄可能意味着液体内核的沸腾热量来自从铁中解离出来的轻元素,而不是我们今天看到的铁的结晶。

“关于内核年龄的争论已经持续了很长时间,”项目助理科学家丹尼尔弗罗斯特说。

复杂性是:如果内核只存在了 15 亿年,根据我们对它如何失去热量和它变得多热的了解,最古老的磁场是从哪里来的?

“这就是解冻轻元素然后冻结的想法的来源。”

弗罗斯特解释说,内核的不对称增长,在地球的每一侧以不同的速度增长,解释了一个长达三年的谜团。

神秘之处在于,地核中的结晶铁似乎更可能在地球自转轴的西边而不是东边对齐。

地图显示地震仪(三角形),研究人员测量地震(圆圈)的地震波以研究地球内核

地图显示地震仪(三角形),研究人员测量地震(圆圈)的地震波以研究地球内核

该团队表示,科学家们希望晶体的方向是随机的,而不是让它们偏向地球的一侧而不是另一侧。

为了解释观察结果,他们创建了内核晶体生长的计算机模型。

他们的模型包括地球动力学增长、地球上的材料如何变形和形成,以及高压和高温下铁的矿物物理学。

“最简单的模型似乎不寻常——内核是不对称的,”弗罗斯特说。

西侧从东侧一直到中心看起来都不同,而不仅仅是在内核的顶部,正如一些人所建议的那样。 我们可以解释它的唯一方法是一侧的增长速度比另一侧快。

该模型描述了不对称生长(东部比西部高约 60%)如何优先使铁晶体沿旋转轴定向,西部的排列比东部大。

“我们在本文中提出的是内核中固体对流的非平衡模型,它将地震观测与合理的地球动力学边界条件相协调,”罗曼诺维奇说。

该团队表示,虽然它不会使核心不平衡,但不均匀的增长率表明,印度尼西亚外核中的某些东西正在以比地球另一端巴西更快的速度从内核中去除热量.

该团队表示,虽然它不会使核心不平衡,但不均匀的增长率表明,印度尼西亚外核中的某些东西正在以比地球另一端巴西更快的速度从内核中去除热量.

底土由像洋葱一样的层组成。 铁镍固体内核的半径为 745 英里,约为月球大小的四分之三,周围环绕着约 1,500 英里厚的液态铁镍外核。

外核被一层厚达 1,800 英里的热岩包围,并在地表覆盖着一层薄而冷的岩壳。

对流发生在外核中,当结晶铁的热量从内核逸出时,外核会慢慢沸腾,而在地幔中,较热的岩石向上移动,将热量从行星中心带到地表。

加州大学伯克利分校地震学家的一个新模型表明,地球内核在其东部(左侧)的增长速度比在西部快。 重力通过将铁晶体推向北极和南极(箭头)来抵消不对称生长

加州大学伯克利分校地震学家的一个新模型表明,地球内核在其东部(左侧)的增长速度比在西部快。 重力通过将铁晶体推向北极和南极(箭头)来抵消不对称生长

什么是地球磁场,它如何保护我们?

地球的磁场是一层围绕着我们星球的电荷。

该场保护我们星球上的生命,因为它偏转从太阳发射的带电粒子,称为“太阳风”。

如果没有这个保护层,这些颗粒可能会剥离臭氧层,这是我们抵御有害紫外线的唯一防线。

科学家们认为,地核对其磁场的形成负有责任。

当铁水逃逸到地球的外核时,它会产生对流。

这些电流产生的电流在称为地球发电机的自然过程中产生磁场。

外核的强烈沸腾运动产生了地球磁场。

根据弗罗斯特的计算机模型,随着铁晶体的生长,重力会重新分配内核中东西向的过度生长。

他们发现,接近铁熔点的内核中晶体的运动使晶格与地球的自转轴对齐——比东更偏西。

该模型正确地预测了研究人员关于地震波穿过内核的时间的新观察结果。

各向异性,或平行和垂直于旋转轴的传播时间差,随深度增加。

最强的对比对应于地球自转轴向西约 250 英里。

弗罗斯特说,内核增长模型还为地球中心的镍铁比提供了限制。

他的模型不能准确地再现地震观测结果,除非镍占内核的 4% 到 8%。

这接近于曾经是我们太阳系中矮行星核心的金属陨石的百分比。

该模型还告诉地质学家内核或流体的粘性。

“我们建议内核的粘度相对较大,”罗曼诺维奇说。

这是“研究外核发电机过程的地球动力学家感兴趣的输入参数”。

结果将发表在《自然地球科学》杂志上。

地球的液态铁核产生磁场

据信,我们星球的磁场是在地核深处产生的。

没有人去过地球中心,但通过研究地震产生的冲击波,物理学家能够确定它们可能的结构。

地球的核心是一个坚固的内核,大小是月球的三分之二,主要由铁制成。

在 5700°C 时,这种铁和太阳表面一样热,但重力产生的压碎压力阻止它变成液体。

这个外核被一层 1,242 英里(2,000 公里)厚的铁、镍和少量其他金属所包围。

由于压力低于内核,这里的金属是液态的。

外核中的温度、压力和成分的差异导致熔融金属中的对流随着致密的冷物质下沉而温暖物质上升。

地球自转引起的科里奥利力也会引起涡旋涡旋。

这种液态铁的流动会产生电流,进而产生磁场。

通过这些场的带电金属继续形成自己的电流,因此循环继续。

这种自我维持的循环被称为地球发电机。

由科里奥利力引起的螺旋向上意味着独立的磁场大致在同一方向上排列,它们的综合作用产生了一个单一的、广泛的磁场,吞噬了行星。

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